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1、(10)申请公布号 CN 103323698 A (43)申请公布日 2013.09.25 CN 103323698 A *CN103323698A* (21)申请号 201310196547.9 (22)申请日 2013.05.24 G01R 31/00(2006.01) (71)申请人 西安交通大学 地址 710049 陕西省西安市咸宁路 28 号 (72)发明人 康小宁 姚旭 焦在滨 宋国兵 马超 (74)专利代理机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 代理人 何会侠 (54) 发明名称 一种新型电流互感器饱和识别方法 (57) 摘要 一种新型电流互感器饱和识别方法， 包括 如下。
2、步骤 ： 1、 采集电流互感器保护安装处的 三相电压、 电流瞬时值数据， 将采样结果记为 ua(k),ub(k),uc(k)， ia(k),ib(k),ic(k) ； 2、 计算三 相电压、 电流故障分量 ua(k),ub(k),uc(k)， ia(k),ib(k),ic(k) ； 3、 计算等效电感和电 阻参数Leq.j,Req.j(j=a,b,c) ； 4、 计算等效电感参数 的离散度(j=a,b,c) ； 5、 判据识别各相电流 互感器是否饱和 ： 若则判断 a 相电流互 感器发生饱和 ； 若则判断 b 相电流互感 器发生饱和 ； 若则判断 c 相电流互感器 发生饱和 ； 本发明方法具有。
3、简单可靠、 仅使用短 数据窗、 不受系统运行方式和故障初相角影响的 特点。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103323698 A CN 103323698 A *CN103323698A* 1/1 页 2 1. 一种新型电流互感器饱和识别方法， 其特征在于， 包括如下步骤 ： 步骤一、 采集电流互感器保护安装处的三相电压、 电流瞬时值数据， 将采样结果记为 ua(k),ub(k),uc(k)， ia(k),ib(k),ic(k)。
4、 ； 步 骤 二、计 算 三 相 电 压、电 流 故 障 分 量 ua(k),ub(k),uc(k)， ia(k),ib(k),ic(k)， 计算公式如下 ： 式中 ： p 取正整数， 数值大小由保护装置决定 ； N 为每工频周期采样点数 ； 步骤三、 计算等效电感和电阻参数 Leq.j,Req.j(j=a,b,c)， 计算方法如下 ： 取出一定数据窗长的某相电压电流故障分量， 构成以下超定方程组 ： 式中 ： Ts为采样时间间隔 ； 将式 （2） 简写为 ： 采用最小二乘算法计算参数 Leq.j,Req.j， 计算公式如下 ： 步骤四、 计算等效电感参数的离散度计算公式如下 ： 式中 ： L。
5、eq.j(k)(k=1,2,M) 为计算出的一定数据窗内的 M 个电感参数 ；为相同数 据窗内 M 个电感参数的平均值 ； 步骤五、 按照以下判据识别各相电流互感器是否饱和 ： 若则判断 a 相电流互感器发生饱和 ； 若则判断 b 相电流互感器发生饱和 ； 若则判断 c 相电流互感器发生饱和 ； 其中 ： 为整定门槛， 取为 0.2。 权 利 要 求 书 CN 103323698 A 2 1/5 页 3 一种新型电流互感器饱和识别方法 技术领域 0001 本发明涉及电力系统继电保护技术领域， 特别涉及一种新型电流互感器饱和识别 方法。 背景技术 0002 电力系统中， 互感器是一次系统和二次系。
6、统之间的联络元件， 用以监测和控制电 气设备的正常运行和故障情况。 保护用互感器对一次侧信号的正确传变是继电保护正确动 作的前提， 也是提高保护性能的关键。 0003 电流互感器饱和问题影响了线路、 变压器、 母线等电力系统元件的差动保护， 是一 个困扰继电保护工作者的公共问题。为此， 国内外学者提出了多种电流互感器饱和识别方 法， 例如时差法、 谐波法和磁制动法。 这些方法主要利用了电流互感器饱和时的电流波形特 征进行识别， 但存在以下缺陷 ： 时差法在应用时易受系统运行方式和故障初相角的影响， 因 此时差的精确测量存在困难 ； 谐波法需要较长的数据窗， 保护的动作速度会受到限制， 此外 该。
7、方法受系统故障电流谐波的干扰， 判据门槛值不易整定 ； 磁制动法所需的二次负载和电 流互感器励磁曲线饱和点磁链值难以整定。 0004 因此， 有必要进一步研究简单可靠的电流互感器饱和识别方法， 这对提高继电保 护性能具有较强的现实意义。 发明内容 0005 为了解决上述现有技术存在的问题， 本发明的目的在于提供一种新型电流互感器 饱和识别方法， 具有简单可靠、 仅使用短数据窗、 不受系统运行方式和故障初相角影响的特 点。 0006 为了达到上述目的， 本发明采用如下技术方案 ： 0007 一种新型电流互感器饱和识别方法， 包括如下步骤 ： 0008 步骤一、 采集电流互感器保护安装处的三相电压。
8、、 电流瞬时值数据， 将采样结果记 为 ua(k),ub(k),uc(k)， ia(k),ib(k),ic(k) ； 0009 步 骤 二、计 算 三 相 电 压、电 流 故 障 分 量 ua(k),ub(k),uc(k)， ia(k),ib(k),ic(k)， 计算公式如下 ： 0010 0011 式中 ： p 取正整数， 数值大小由保护装置决定 ； N 为每工频周期采样点数 ； 0012 步骤三、 计算等效电感和电阻参数 Leq.j,Req.j(j=a,b,c)， 计算方法如下 ： 0013 取出一定数据窗长的某相电压电流故障分量， 构成以下超定方程组 ： 说 明 书 CN 1033236。
9、98 A 3 2/5 页 4 0014 0015 式中 ： Ts为采样时间间隔 ； 0016 将式 （2） 简写为 ： 0017 0018 采用最小二乘算法计算参数 Leq.j,Req.j， 计算公式如下 ： 0019 0020 步骤四、 计算等效电感参数的离散度 DLeq.j(j=a,b,c)， 计算公式如下 ： 0021 0022 式中 ： Leq.j(k)(k=1,2,M) 为计算出的一定数据窗内的 M 个电感参数 ；为相 同数据窗内 M 个电感参数的平均值 ； 0023 步骤五、 按照以下判据识别各相电流互感器是否饱和 ： 0024 若则判断 a 相电流互感器发生饱和 ； 0025 若。
10、则判断 b 相电流互感器发生饱和 ； 0026 若则判断 c 相电流互感器发生饱和 ； 0027 其中 ： 为整定门槛， 取为 0.2。 0028 本发明提出了一种电流互感器饱和识别新方法， 利用保护安装处的电压电流瞬时 值数据计算出等效电感参数。 当电流互感器没有饱和时， 电感参数数值稳恒不随时间变化 ； 一旦电流互感器发生饱和， 电感参数数值会出现剧烈波动。通过计算反映电感参数波动程 度大小的离散度即可准确判别出电流互感器是否饱和。 0029 与现有技术相比， 本发明主要具有以下优点 ： 0030 1、 与利用电流波形特征进行电流互感器饱和识别的方法相比， 本发明方法不受非 周期分量和谐波。
11、的影响， 也不受系统运行方式和故障初相角的影响， 应用时判据易整定。 0031 2、 本发明方法基于时域算法， 所需数据窗短， 判别速度快。 0032 3、 本发明方法对于电流互感器轻微饱和与严重饱和都适用， 且饱和程度越严重， 判据的灵敏度越高。 0033 4、 本发明方法具有较强的适用性， 对于线路、 母线或变压器区外故障时的电流互 感器饱和， 均能准确动作， 将差动保护可靠闭锁。 说 明 书 CN 103323698 A 4 3/5 页 5 附图说明 0034 图 1 为仿真模型图。 0035 图 2 为两侧电流互感器均未饱和时的仿真结果， 其中 ： 图 2A 为 m 端识别出的电感 参。
12、数随时间变化曲线图， 图 2B 为 n 端识别出的电感参数随时间变化曲线图， 图 2C 为 m 端识 别出的电感参数的离散度随时间变化曲线图， 图2D为n端识别出的电感参数的离散度随时 间变化曲线图。 0036 图 3 为 m 侧电流互感器轻度饱和， n 侧电流互感器未饱和时的仿真结果， 其中 ： 图 3A为m端识别出的电感参数随时间变化曲线图， 图3B为n端识别出的电感参数随时间变化 曲线图， 图 3C 为 m 端识别出的电感参数的离散度随时间变化曲线图， 图 3D 为 n 端识别出的 电感参数的离散度随时间变化曲线图。 0037 图 4 为 m 侧电流互感器一般饱和， n 侧电流互感器未饱。
13、和时的仿真结果， 其中 ： 图 4A为m端识别出的电感参数随时间变化曲线图， 图4B为n端识别出的电感参数随时间变化 曲线图， 图 4C 为 m 端识别出的电感参数的离散度随时间变化曲线图， 图 4D 为 n 端识别出的 电感参数的离散度随时间变化曲线图。 0038 图 5 为 m 侧电流互感器严重饱和， n 侧电流互感器未饱和时的仿真结果， 其中 ： 图 5A为m端识别出的电感参数随时间变化曲线图， 图5B为n端识别出的电感参数随时间变化 曲线图， 图 5C 为 m 端识别出的电感参数的离散度随时间变化曲线图， 图 5D 为 n 端识别出的 电感参数的离散度随时间变化曲线图。 具体实施方式 。
14、0039 下面结合附图， 对本发明应用于线路保护作进一步的详细说明。 0040 本实施例一种新型电流互感器饱和识别方法， 应用于但不局限于 200km 长 500kV 输电线路时， 具体包括以下步骤 ： 0041 步骤一、 线路两端 （m 端和 n 端）的保护装置各自采集本端保护安装处的三 相电压、 电流瞬时值数据， 采样频率设为 5kHz， 此时每工频周波采样点数 N=100， 采 样 时 间 间 隔 Ts=0.2ms ； 将 采 样 结 果 记 为 uma(k),umb(k),umc(k)， ima(k),imb(k),imc(k)， una(k),unb(k),unc(k)， ina(k。
15、),inb(k),inc(k) ； 0042 步骤二、 计算线路两端三相电压、 电流故障分量 uma(k),umb(k),umc(k)， ima(k),imb(k),imc(k)， una(k),unb(k),unc(k)， ina(k),inb(k),inc(k)，计 算公式如下 ： 0043 0044 0045 式中 ： p 的数值大小由保护装置决定， 这里取为 3 ； 0046 步骤三、 计算线路两端等效电感和电阻参数 Leqm.j,Reqm.j， Leqn.j,Reqn.j； 具体方法如 下 ： 说 明 书 CN 103323698 A 5 4/5 页 6 0047 首先， 说明 Le。
16、qm.j,Reqm.j(j=a,b,c) 的计算方法 ： 0048 取出 5ms 数据窗长的 m 端某相电压电流故障分量， 构成以下超定方程组 ： 0049 0050 将式 （8） 简写为 ： 0051 0052 采用最小二乘算法计算参数 Leqm.j,Reqm.j， 计算方法如下 ： 0053 0054 其次， 说明 Leqn.j,Reqn.j(j=a,b,c) 的计算方法 ： 0055 取出 5ms 数据窗长的 n 端某相电压电流故障分量， 构成以下超定方程组 ： 0056 0057 将式 （11） 简写为 ： 0058 0059 采用最小二乘算法计算参数 Leqn.j,Reqn.j， 计。
17、算方法如下 ： 0060 0061 步骤四、 计算线路两端等效电感参数的离散度具体方法如下 ： 0062 首先， 说明(j=a,b,c) 的计算方法 ： 0063 0064 式中 ： Leqm.j(k)(k=1,2,L,25)为10ms数据窗内计算出的25个电感参数 ；为这 说 明 书 CN 103323698 A 6 5/5 页 7 些电感参数的平均值 ； 0065 其次， 说明(j=a,b,c) 的计算方法 ： 0066 0067 式中 ： Leqn.j(k)(k=1,2,25) 为 10ms 数据窗内计算出的 25 个电感参数 ；为 这些电感参数的平均值 ； 0068 步骤五、 按照以下。
18、判据判断各相电流互感器是否饱和 ： 0069 若则判断 m 端 a 相电流互感器发生饱和 ； 0070 若则判断 m 端 b 相电流互感器发生饱和 ； 0071 若则判断 m 端 c 相电流互感器发生饱和 ； 0072 若则判断 n 端 a 相电流互感器发生饱和 ； 0073 若则判断 n 端 b 相电流互感器发生饱和 ； 0074 若则判断 n 端 c 相电流互感器发生饱和 ； 0075 其中 ： 为整定门槛， 取为 0.2。 0076 以上即为本发明应用于线路保护的实施流程。 0077 利用电磁暂态仿真软件 （EMTP）建立 200km 长 500kV 三相输电线路系统模型， 如图 1 所。
19、示， 其中电流互感器采用 Type98 非线性电感元件搭建， 两端电流互感器变比均 为 1200/5， 采样频率设为 5kHz， 数据窗长取为 10ms， 其中用于识别电感参数的数据窗长为 5ms， 因此 10ms 数据窗可以计算出 25 个电感参数， 进而利用它们计算出电感参数离散度。 0078 图 2 至图 5 均为 n 侧区外 F 点发生 A 相接地故障时的仿真结果。 0079 图 2 为两侧电流互感器均未饱和时的仿真结果。由图可知， 两侧识别出的电感参 数数值稳恒， 几乎不随时间变化， 此时电感参数离散度非常小， 远低于整定门槛 =0.2。 0080 图 3 至图 5 分别为 m 侧电。
20、流互感器发生不同程度饱和， n 侧电流互感器未饱和时 的仿真结果。当一侧电流互感器发生饱和时， 利用饱和侧电压电流识别出的电感参数会出 现较为剧烈的波动， 电感参数离散度大于整定门槛 =0.2， 而非饱和侧识别出的电感参数 则基本恒定， 电感参数离散度远小于整定门槛， 因此根据判据可以准确识别出发生饱和的 电流互感器。 0081 由图3至图5还可以看出， 随着电流互感器饱和程度的加深， 饱和侧识别出的电感 参数变化愈加剧烈， 电感参数离散度也更大。 因此， 本方法能够自适应于电流互感器的饱和 程度， 即使对于严重饱和情况， 也能准确快速地识别出发生饱和的电流互感器。 0082 本方法同样适用于母线保护和变压器保护， 这里不再赘述。 说 明 书 CN 103323698 A 7 1/4 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103323698 A 8 2/4 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 103323698 A 9 3/4 页 10 图 4 说 明 书 附 图 CN 103323698 A 10 4/4 页 11 图 5 说 明 书 附 图 CN 103323698 A 11 。